Rezistor (Resistor)

Schématická značka (klasické značení a značení US, Japonsko):

Rezistor je pasivní elektrotechnická součástka, jejíž účelem je snížit velikost protékajícího proudu resp. vytvořit úbytek napětí.
V elektrických vodičích jsou valenční elektrony tak slabě vázány, že prakticky tvoří tzv. elektronový plyn, kterému stačí velmi slabá intenzita el. pole pro vznik vodivostního proudu. V rezistoru jsou používány odporové materiály, které mají vazby valenčních elektronů silnější, proto je potřeba vytvořit větší intenzitu el. pole pomocí el. napětí na vývodech rezistoru.

Příklady použití:
- Zapojením do série např. s LED diodou, abychom snížili hodnotu el.proudu na dovolenou hodnotu, která LED diodu nezničí.
- Dva nebo více rezitorů v sérii vytvoří dělič napětí, který může být využit např. u spínaných stabilizátorů pro zpětnou vazbu apod.
- Tzv. pull-up nebo pull-down rezistor, který zajistí definovanou logickou úroveň log.1 nebo log.0 u odpojených digitálních vstupů.
- Jako převodník el. proudu na el. napětí - používá se rezistor s velmi nízkou hodnotou tolerance, aby byl převod přesný a s velmi nízkou hodnotou el. odporu, aby příliš neovlivnil okolní obvod.
- RC filtry, bázový odpor tranzistoru, omezení nabíjecího proudu (časové konstanty) kondenzátoru atd.

Vzorce:

Elektrický odpor vyjadřuje schopnost omezit protékající el. proud rezistorem v závislosti na napětí na rezistoru, tuto závislost popisuje
Ohmův zákon: R = U/I /elektrický odpor [Ohm], el. napětí [Volt], el. proud [Ampér]/

Průchodem proudu se rezistor zahřívá, dochází k přeměně el. energie na teplo:

Rezistor musí být schopen toto teplo odvádět, proto je nutné zvolit vhodný typ s dostatečným výkonovým zatížením. Pro stejnosměrný proud lze jednoduše odvodit dle vztahu:
P = U*I = R*I²

Výsledný odpor při sériovém a pralelním řazení rezistorů:

Vztahy pro vodič:
Odpor vodiče: R = ρ* (l/S) /měrný el. odpor, délka vodiče, průřez vodiče/

Teplotní závislost vodiče: / R při normální teplotě, teplotní součinitel elektrického odporu, teplotní rozdíl/

Při teplotě absolutní nuly má vodič nulový odpor.

Značení hodnot odporu:

Rezistory se vyrábí s hodnotami odporu dle výrobní řady např. E6, E12, E24 atd.
Řada E12: 1,0-1,2-1,5-1,8-2,2-2,7-3,3-3,9-4,7-5,6-6,8-8,2.
Hodnoty z řady se násobí 10ⁿ.

Značení hodnot pomocí předpon (běžně se používají pouze kilo a mega):
k - kilo, 10³
M - mega, 10⁶
(znak R se používá pro vyjádření násobku 10⁰)
Příklady: 2R2 = 2,2 ; 10k = 10000 ; 5M6 = 5600000

Značení pomocí exponentu vyjadřeného v 3. cifře (obvykle u SMD provedení):
Příklady: 103 = 10k; 562 = 5k6; 100 = 10R

Barevné značení rezistoru:
(využito dokumentace firmy VISHAY):

Dělení dle typu:

(využito dokumentace firmy VISHAY)

Composition Resistor (Uhlíkovo kompozitní rezistor)

Je tvořen uhlíkovým nebo grafitovým prachem mixovaným s keramickým materiálem.
Mají velmi malou parazitní indukčnost a kapacitu, takže se hodí pro VF aplikace, snesou velké napětí a přepěťové pulsy, ale bývají zatížené velkým šumem a nestabilitou při vyšších provozních teplotách a mají horší toleranci.

Film resistors (Vrstvené rezistory)

Vznikají nanesením odporové vrstvy ve vakuu na obvykle keramický podklad s laserem vypálenou spirálou nebo úsečky(u SMD), aby se tak prodloužila vodivá cesta a vzrostl tedy její odpor.
Druhy odporových vrstev:

Carbon film (uhlík) - malá parazitní indukčnost a kapacita, vhodné tedy pro VF aplikace. Snášejí dobře i pulzní výkonovou přetížitelnost. Mají ale vysoký teplotní koeficient a širokou toleranci.
Metal film (kov) - výborný teplotní koeficient a úzká tolerance.
Metal-oxid film (oxidy kovu) - vyšší provozní teploty a stabilita než u metal film.
Thin film - vyrábí se zásadně napařováním velmi tenké metalické vrstvy ve vakuu takže jsou výrobně drahé, ale mají velmi dobrý teplotní koeficient, nízký proudový šum a nelinearitu.
Thick Film - vyrábí se velmi levnou metodou tisknutí keramicko-metal-oxidové pasty(Cermet) a následným zapečením čímž dochází k strukturálním defektům takže jsou celkově nestabilní a mají horší teplotní koeficient.

Wirewound (drátové)

Kvůli úspoře místa se dlouhý drát (nikl-chrom) obvykle navíjí kolem izolačního tělíska (keramika, plast, sklo). Snesou velké proudy, velké provozní teploty, ale mají velkou parazitní indukčnost. Vyrábějí se do hodnoty odporu okolo stovek kOhm.

Foil (fóliové)

Vyrábí se s použitím speciální tenké metalické fólie. Dosahuje se nejlepších parametrů ze všech druhů rezistorů. Extrémně nízká hodnota tolerance, proudový šum, teplotní koeficient a vysoká stabilita, minimální parazitní indukčnost. Vyrábí se již od velmi malých hodnot odporu v řádech mili-ohmů.

Dělení dle provedení:

(využito dokumentace firmy VISHAY)
ukázka některých běžných provedení:

Příklad jmenovitého zatížení a napětí v závislosti na typu SMD pouzdra (může se lišit od výrobce a výrobní technologie!):
SMD 0603: 0.1W, 75V
SMD 0805: 0.125W, 150V
SMD 1206: 0.25W, 200V

Parametry reálného rezistoru:

Reálný rezistor vykazuje oproti ideálnímu rezistoru, který se řídí pouze Ohmovým zákonem, ještě další závislosti a negativní účinky, např. :

hodnota odporu je závislá na okolní teplotě.

Dokáže v teplo proměnit jen určitý výkon, při větším zatížení, než na které je určen, se zničí přehřátím.

Mimo reálný odpor vykazuje také sériovou indukčnost a paralelní kapacitu. Tyto parazitní veličiny se znatelně projevují až při vyšších frekvencích procházejícího proudu.

Při velmi vysokých frekvencích na rezistoru navíc dochází k tzv. skin efektu (vytlačování proudu směrem k povrchu).

Rezistor vykazuje elektrický šum.

Podle materiálu použitého k výrobě je hodnota odporu závislá i na přiloženém napětí.

Projevy teplotního a proudového šumu.

VF vlastnosti při vyšších kmitočtech:
(čerpáno ze skript: Elektronické prvky - Jaromír Pištora, VŠB TU Ostrava )

parazitní kapacita proti zemi, mezi vývody, mezi závity

parazitní indukčnost

závislost reálné složky inpedance rezistoru na kmitočtu

Katalogové paramtery:

(využito dokumentace firmy VISHAY)

Jmenovitý odpor (Rated Resistance): značená hodnota odporu. Jednotky Ohmy.

Kritický odpor (Critical Resistance): v tomto stavu se mezi vývody rezistoru objeví maximální pracovní napětí.

Tolerance: dovolená odchylka od jmenovité hodnoty odporu. Vyjadřuje se v procentech. Tato odchylka je daná nepřesnostmi při výrobním procesu a změna odporu od jmenovité hodnoty může být kladná i záporná.

Jmenovité zatížení (Nominal Dissipation): Trvalé výkonové zatížení rezistoru při kterém ještě nedojde k jeho přehřátí a zničení.

Jmenovité napětí (Rated voltage): Trvalé maximální napětí mezi vývody rezistoru při jmenovité okolní teplotě, které rezistor ještě nepoškodí.

Maximální přepětí (Maximum Overload voltage): Nejvyšší dovolené napětí po krátkou dobu.

Jmenovitá okolní teplota (Rated Ambient Temperature): Nejvyšší trvalá teplota okolo rezistoru při které může rezistor bez poškození pracovat i při jmenovitém výkonu.

Teplotní koeficient rezistoru (Temperature Coeffcient of Resistance): Vyjadřuje jak se změní hodnota odporu při určité změně teploty. Zkratka TC nebo TCR či RTC a jednotka je ppm/K nebo též 10^-6/K.
Na rozdíl např. od kovových materiálů nelze přesně určit zda je teplotní koeficient u odporových materiálů kladný nebo záporný, proto je třeba počítat se změnou odporu v obou směrech viz. graf. Může se tedy stát, že dva stejné rezistory s odporem 1000Ohmů při teplotě 25C zahřáté na teplotu 155C bude jeden vykazovat hodnotu 1026Ohmů a druhý 974Ohmů.

Izolační napětí (Insulation Voltage): Je to maximální napětí mezi povrchem rezistoru a okolním povrchem aniž by došlo k průrazu izolační vrstvy rezistoru.

Izolační odpor (Insulation Resistance): Velikost odporu izolační vrstvy rezistoru.

Ztrátová křivka (Derating curve): Závislost max. dovoleného zatížení na teplotě nebo na době přetížení.

Tepelný odpor (Thermal resistance): Je to schopnost rezistoru odvádět teplo vzniklé průchodem proudu.

(teplota na rezistoru - teplota okolí) / výkonová zátěž rezistoru
U rezistoru umístěného na ležato je největší jeho teplota uprostřed a na koncích jen cca 60%.
Nezapomínat na vliv horšího odvodu tepla při grupování rezistorů a umisťováním do malých krabiček bez větrání.

Šum rezistoru (Noise): Závisí na materiálu a technologii výroby rezistoru. Je tvořen tepelným a proudovým šumem (current noise). Projevuje se přičtením střídavé šumící složky napětí k normálnímu úbytku napětí na rezistoru. Vyjadřuje se v jednotkách mV/V, tedy s rostoucím úbytkem napětí na rezistoru resp. jeho odporu, roste i amplituda šumové složky napětí. Tepelný šum roste s teplotou, proudový šum klesá s rostoucí frekvencí. Pokud se pracuje s napětím velmi malých hodnot pak je šum rezistoru významný parametr. Tepelný = (4kT*R(f)), proudový = (1/f * R/l * I).

Nelinearita (Non Linearity A3): Zdrojem nelinearity jsou defekty v odporovém materiálu rezistoru na kterých vzniká odlišná-zvýšená proudová hustota. Nelinearita je úměrná třetí mocnině proudové hustoty a jako její indikátor se používá měření napětí třetí harmonické.

Spolehlivost (Reliability): statistický údaj vyjádřený časem mezi poruchami nebo poruchovostí na 1000 hodin provozu.

Stabilita (Stability): Vyjadřuje změnu odporu s časem v závislosti na podmínkách provozu.

Ostatní závislosti: